(57)【要約】【課題】  これまでよりもグリース切れを生じにくいため、スラストワッシャやころワッシャ、ころガイド等の、トラニオン軸ところとをそれぞれの軸方向に支持または案内する部材（支持案内部材）が直ちに摩耗や焼き付きを生じない十字軸継手を提供する。【解決手段】  十字軸継手の、軸受けケース２の凹部２１の底面２３と、十字軸１のトラニオン軸１１の先端面１３との間に配設されるスラストワッシャ４を、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成した。【選択図】  図１
2006017284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の４つのトラニオン軸を十字状に配設した形状を有する十字軸と、各トラニオン軸を個別に受容する有底円筒状の凹部を有する４つの軸受ケースとを備え、かつ各トラニオン軸の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面と、この内側軌道面と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受けケースの凹部の筒状の内周面に設けられる外側軌道面との間に、その軸線をトラニオン軸と平行に向けて複数のころが配設される十字軸継手であって、上記トラニオン軸ところとを、それぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材を有すると共に、この支持案内部材が、連続気孔構造を有する多孔質体からなることを特徴とする十字軸継手。
【請求項２】
支持案内部材が、ポリイミド樹脂粉末の焼結体からなる請求項１記載の十字軸継手。
【請求項３】
支持案内部材が、トラニオン軸の先端面と軸受ケースの凹部の底面との間に配設されるスラストワッシャであって、このスラストワッシャが、連続気孔構造を有する多孔質体からなる請求項１記載の十字軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十字軸を介して２軸間を回転可能に接続するための十字軸継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄鋼圧延機、鉄道車輌、自動車等において動力伝達に用いる駆動軸には、その両端に、当該駆動軸を入力軸および出力軸と接続するために、十字軸継手が組み込まれる。図３は、従来の十字軸継手の一例を示す一部切り欠き正面図である。また図４は、上記十字軸継手の一部を拡大した断面図である。
図３を参照して、十字軸継手は、円柱状の４つのトラニオン軸９１１を十字状に配設した形状を有する十字軸９１と、各トラニオン軸９１１を受容する有底円筒状の凹部９２１を有する４つの軸受ケース９２とを備えると共に、各トラニオン軸９１１の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面９１２と、この内側軌道面９１２と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受ケース９２の凹部９２１の筒状の内周面に設けられる外側軌道面９２２との間の空間内に、その軸線をトラニオン軸９１１の軸線と平行に向けて複数のころ９３が配設された構造を有している。上記各部は、いずれも軸受鋼等の金属によって形成される。
【０００３】
各トラニオン軸９１１の先端面９１３と軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３との間には、両者の間に介在して、トラニオン軸９１１をその軸方向に支持するためのスラストワッシャ９４が配設され、ころ９３の、トラニオン軸９１１の先端面９１３側の端面９３１と、軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３との間には、両者の間に介在して、ころ９３をその軸方向に案内するためのころワッシャ９５が配設される。また、軸受ケース９２の凹部９２１の入口９２４には、ころ９３の、トラニオン軸９１１の先端面側と反対側の端面９３２と当接することで、ころ９３をその軸方向に支持するためのころガイド９６が配設される。さらに、ころガイド９６とトラニオン軸９１１との間には、ころ９３が配設される内側軌道面９１２と外側軌道面９２２との間の空間にグリースを充てんした状態で、外部から遮蔽するためのオイルシール９７が嵌め合わされる。
【０００４】
スラストワッシャ９４は、例えばポリアセタール〔ポリプラスチック(株)製のジュラコン（登録商標）等〕などの、いわゆるエンジニアリングプラスチックや、あるいは金属等によって形成される。また、ころワッシャ９５ところガイド９６は通常、金属によって形成される。
上記の十字軸継手によれば、図において、十字軸９１の中心点を挟んで上下方向に伸びる２つのトラニオン軸９１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース９２を、一方の軸の軸端に設けたヨーク（図示せず）に固定し、かつ十字軸９１の中心点を挟んで上記と直交する左右方向に伸びる２つのトラニオン軸９１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース９２を、他方の軸の軸端に設けたヨーク（図示せず）に固定することによって、上記両軸を、例えばその軸線を交差させた状態で、回転可能に接続することができる。
【０００５】
十字軸継手の回転時に、十字軸９１と軸受ケース９２とは、互いに略一致する両者の中心軸を中心として、一定角度の左右回転を繰り返す。そしてその際に、スラストワッシャ９４は、軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３と、トラニオン軸９１１の先端面９１３との間に挟まれて、トラニオン軸９１１からスラスト荷重を受けながら、十字軸９１と軸受ケース９２との間で繰り返し摺動される。そのため、グリース切れが発生すると、スラストワッシャ９４が摩耗したり、金属製のスラストワッシャ９４の場合は焼き付いたりするおそれがある。
【０００６】
そこで、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きを防止するため、当該スラストワッシャ９４の片面または両面に、その全面にグリースを行き渡らせるための溝を設けることが一般的に行われる（例えば特許文献１参照）。また、金属同士の摺動面の一方に微小なディンプル（凹部）を形成することで、グリース等の潤滑剤の保持性を高めることも知られており（例えば特許文献２参照）、この技術を応用して、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きを防止することも考えられる。
【特許文献１】特開２０００−１４５８０６号公報（請求項１、第０００２欄〜第０００５欄、図２）
【特許文献２】特開２００３−１３７１０号公報（請求項１、第０００６欄〜第０００８欄、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、高負荷が加えられた状態で、低速で回転する鉄鋼圧延機用の駆動軸等に組み込んで使用する十字軸継手においては、たとえ上記のような対策を施したとしても、その効果が十分に得られず、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きが発生しやすいという問題がある。
この原因としては、高負荷での回転を繰り返すと、トラニオン軸９１１の内側軌道面９１２、ころ９３、および軸受ケース９２の外側軌道面９２２が摩耗して、トラニオン軸９１１ところ９３と凹部９２１との間の隙間が大きくなって、十字軸継手の回転時に、トラニオン軸９１１の中心軸と、軸受ケース９２の凹部９２１の中心軸とがずれることが考えられる。
【０００８】
すなわち、図４を参照して、トラニオン軸９１１ところ９３と凹部９２１との間の隙間が大きくなると、十字軸継手の回転時に、トラニオン軸９１１の中心軸Ｃ１と、軸受ケース９２の凹部９２１の中心軸Ｃ２とが、十字軸９１の中心点を中心として回転方向に僅かなずれを生じ、このずれに伴って、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重が、十字軸継手の回転方向の前方側と後方側とで不均一化する。
【０００９】
詳しく説明すると、十字軸９１が入力軸側、軸受ケース９２が出力軸側であって、十字軸継手が図において時計回り方向に回転する際には、十字軸９１が、軸受ケース９２に対して、両中心軸軸Ｃ１、Ｃ２のずれの分だけ先行して回転することになるため、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重は、回転方向前方側（図において左側）で小さく、後方側（図において右側）で大きくなる。逆に、十字軸９１が出力軸側、軸受ケース９２が入力軸側であって、十字軸継手が図において反時計回り方向に回転する際には、軸受ケース９２が、十字軸９１に対して、両中心軸軸Ｃ１、Ｃ２のずれの分だけ先行して回転することになるため、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重は、回転方向前方側（図において左側）で大きく、後方側（図において右側）で小さくなる。
【００１０】
そして、スラスト荷重が大きくなった側で、グリースが、トラニオン軸９１１の先端面９１３とスラストワッシャ９４との摺動面から押し出されてグリース切れを生じて、摩耗や焼き付きが発生する。
また、図３を参照して、十字軸継手の回転時に、十字軸９１は、その全体が、上記隙間の分だけ鉛直方向下方側にずれながら回転することから、回転によって下方側に位置した軸受ケース９２内のスラストワッシャ９４にかかるスラスト荷重に、十字軸継手とそれに接続された軸の重みが加わって、グリースが、トラニオン軸９１１の先端面９１３とスラストワッシャ９４との摺動面から押し出されてグリース切れを生じて、摩耗や焼き付きが発生する。
【００１１】
なお、グリース切れによる摩耗や焼き付きの問題はスラストワッシャ９４に限らず、十字軸継手の回転時に、内外両軌道面９１２、９２２間で、一定回転数分の左右動を繰り返すころ９３の両端面９３１、９３２をガイドするころワッシャ９５、ころガイド９６においても発生する。また、グリース切れによる摩耗や焼き付きの問題は、上で説明したように、鉄鋼圧延機用の駆動軸に組み込む等して、高負荷が加えられた状態で、低速で回転させる十字軸継手において顕著に発生するが、その他の用途、例えば鉄道車輌や自動車等の駆動軸に組み込んで、より低負荷で、高速回転させる十字軸継手においても問題となる。
【００１２】
本発明の目的は、これまでよりもグリース切れを生じにくいため、スラストワッシャやころワッシャ、ころガイド等の、トラニオン軸ところとをそれぞれの軸方向に支持または案内する部材（支持案内部材）が直ちに摩耗や焼き付きを生じない十字軸継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、円柱状の４つのトラニオン軸を十字状に配設した形状を有する十字軸と、各トラニオン軸を個別に受容する有底円筒状の凹部を有する４つの軸受ケースとを備え、かつ各トラニオン軸の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面と、この内側軌道面と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受けケースの凹部の筒状の内周面に設けられる外側軌道面との間に、その軸線をトラニオン軸と平行に向けて複数のころが配設される十字軸継手であって、上記トラニオン軸ところとを、それぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材を有すると共に、この支持案内部材が、連続気孔構造を有する多孔質体からなることを特徴とするものである。
【００１４】
上記支持案内部材としては、ポリイミド樹脂粉末の焼結体からなるものが好ましい。
支持案内部材としては、トラニオン軸の先端面と軸受ケースの凹部の底面との間に配設されるスラストワッシャが挙げられ、このスラストワッシャが、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、支持案内部材を、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成することにより、この支持案内部材の連続気孔構造内に、従来のディンプルよりも著しく多量のグリースを含浸させることができる。そして、十字軸継手の回転時に、支持案内部材に過大なスラスト圧が加わる等した際には、その圧によって、連続気孔構造内からグリースを浸出させてグリース切れが発生するのを防止し、良好な摺動を維持することができる。
【００１６】
また、上記支持案内部材として、ポリイミド樹脂粉末の焼結体を用いた場合には、ポリイミド樹脂が耐熱性や機械的強度等に優れるため、摩耗等を生じにくい上、ポリイミド樹脂粉末の焼結体が、例えば金属製の多孔質体等と比べて柔軟性に優れ、圧が加わった際にスムースに、しかも多量のグリースを浸出させることができるため、グリース切れが発生するのを防止して良好な摺動を維持する効果をさらに効果的なもとのすることができる。
【００１７】
なお、本発明の構成は、
・  先に説明したようにスラストワッシャは、トラニオン軸からのスラスト圧を直接に受けるため、支持案内部材の中で最もグリース切れを生じやすい部材であること、
・  スラストワッシャは、支持案内部材の中で最も体積が大きく、したがってこのスラストワッシャを多孔質体とすることで、最も多量のグリースを含浸できること、
・  それゆえ、スラストワッシャから浸出させたグリースを、ころワッシャやころガイド等の他の支持案内部材まで行き渡らせて、これらの部材のグリース切れも防止できること、
等を考慮すると、スラストワッシャに適用するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる十字軸継手の一部切り欠き正面図である。また、図２は、上記十字軸継手の一部切り欠き分解斜視図である。
図１および図２を参照して、この例の十字軸継手は、円柱状の４つのトラニオン軸１１を十字状に配設した形状を有する十字軸１と、各トラニオン軸１１を受容する有底円筒状の凹部２１を有する４つの軸受ケース２とを備えると共に、各トラニオン軸１１の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面１２と、この内側軌道面１２と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受ケース２の凹部２１の筒状の内周面に設けられる外側軌道面２２との間の空間内に、その軸線をトラニオン軸１１の軸線と平行に向けて複数のころ３が配設された構造を有している。上記各部は、従来同様に、いずれも軸受鋼等の金属によって形成される。
【００１９】
各トラニオン軸１１の先端面１３と軸受ケース２の凹部２１の底面２３との間には、両者の間に介在して、トラニオン軸１１をその軸方向に支持するためのスラストワッシャ４が配設され、ころ３の、トラニオン軸１１の先端面１３側の端面３１と、軸受ケース２の凹部２１の底面２３との間には、両者の間に介在して、ころ３をその軸方向に案内するためのころワッシャ５が配設される。また、軸受ケース２の凹部２１の入口２４には、ころ３の、トラニオン軸１１の先端面側と反対側の端面３２と当接することで、ころ３をその軸方向に支持するためのころガイド６が配設される。さらに、ころガイド６とトラニオン軸１１との間には、ころ３が配設される内側軌道面１２と外側軌道面２２との間の空間にグリースを充てんした状態で、外部から遮蔽するためのオイルシール７が嵌め合わされる。
【００２０】
図２を参照して、上記十字軸継手は、図において、十字軸１の中心点を挟んで上下方向に伸びる２つのトラニオン軸１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース２を、連結すべき一対の軸のうち手前側の軸の軸端に設けたヨークＹに固定し、かつ十字軸１の中心点を挟んで上記と直交する左右方向に伸びる２つのトラニオン軸１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース２を向こう側の軸の軸端に設けたヨークＹに固定することによって、上記両軸を、例えばその軸線を交差させた状態で、回転可能に接続するために用いられる。
【００２１】
軸受ケース２とヨークＹとは、いずれの軸の側においても、軸受ケース２の、固定するヨークＹ側の側面に設けた突起２５を、ヨークＹの、十字軸継手と対向する端面Ｙ１から突設したヨーク爪Ｙ２間の凹部Ｙ３に嵌め合わせて、軸の回転方向への移動を規制しながら、各軸受ケース２の、突起２５の両側に設けた、当該軸受ケース２を軸方向に貫通する一対の通孔２６にねじＢを挿通して、ヨークＹの端面Ｙ１に設けたねじ穴Ｙ４にねじ込むことによって固定される。
【００２２】
図１および図２を参照して、この例の十字軸継手においては、上記各部のうち、トラニオン軸１１ところ３とをそれぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材としての、スラストワッシャ４、ころワッシャ５、およびころガイド６のうち、スラストワッシャ４が、前記のように連続気孔構造を有する多孔質体によって形成される。
なお、本発明においては、支持案内部材としてのスラストワッシャ４、ころワッシャ５、およびころガイド６のどれを、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成しても良いし、これら３つの部材のうちの２つ、または３つを、共に、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成しても良い。しかし、先に説明したように、
・  スラストワッシャ４が、トラニオン軸１１からのスラスト圧を直接に受けるため、支持案内部材の中で最もグリース切れを生じやすい部材であること、
・  スラストワッシャ４は、支持案内部材の中で最も体積が大きく、したがってこのスラストワッシャ４を多孔質体とすることで、最も多量のグリースを含浸できること、
・  それゆえ、スラストワッシャ４から浸出させたグリースを、ころワッシャ５やころガイド６等の他の支持案内部材まで行き渡らせて、これらの部材のグリース切れも防止できること、
等を考慮すると、スラストワッシャ４を、連続気孔構造を有する多孔質体によって形成するのが最も好ましい。また、スラストワッシャ４を、上記ように連続気孔構造を有する多孔質体によって形成する場合には、ころワッシャ５やころガイド６等の他の支持案内部材は、従来同様に、多孔質でない金属によって形成するのが好ましい。
【００２３】
スラストワッシャ４等を形成する、連続気孔構造を有する多孔質体としては、例えば多数の金属粒を、溶融して完全に一体化しない条件で焼結して、その内部に、金属粒間の空隙に基づく連続気孔構造を形成した金属焼結体等を用いることもできるが、スラスト圧を受けた際にスムースに、しかも多量のグリースを浸出させることを考慮すると、金属焼結体よりも柔軟な樹脂の多孔質体が好ましく、樹脂の多孔質体としては、耐熱性や機械的強度等に優れたポリイミド樹脂、特に全芳香族ポリイミド樹脂の粉末の焼結体が好ましい。
【００２４】
かかる焼結体は、例えば全芳香族ポリイミド樹脂の粉末を型内に充てんし、加熱、圧縮して焼結させるホットプレス成形、または上記粉末を型内に充てんし、室温で押し固めて形成した予備成形体を、不活性ガス雰囲気中で焼結させるシンタリング成形等によって形成することができる。そして、これらの成形方法において粉末に加える圧や焼結温度等を調整することで、焼結体の内部に、粉末間の空隙に基づく連続気孔構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる十字軸継手の一部切り欠き正面図である。
【図２】上記十字軸継手の一部切り欠き分解斜視図である。
【図３】従来の十字軸継手の一例を示す一部切り欠き正面図である。
【図４】上記十字軸継手の一部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  十字軸
１１  トラニオン軸
１２  内側軌道面
１３  先端面
２  軸受ケース
２１  凹部
２２  外側軌道面
２３  底面
３  ころ
４  スラストワッシャ（支持案内部材）
【図１】
2006017284.tif 000003
【図２】
2006017284.tif 000004
【図３】
2006017284.tif 000005
【図４】
2006017284.tif 000006